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藻類が作るバイオプラスチックの収量が約2.5倍! 理研が増産に成功

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藻類が作るバイオプラスチックの収量が約2.5倍! 理研が増産に成功

理化学研究所などは、代謝経路を制御することで光合成微生物のラン藻が作るバイオプラスチックの増産に成功したと発表した。転写制御因子SigEによって、バイオプラスチックの収量を約2.5倍に増加させることを見出した。今後、さらなる増産の実現によりカーボンニュートラルな社会の構築に貢献することが期待される。

ラン藻は光と二酸化炭素だけを材料に、代表的なバイオプラスチックであるポリヒドロキシアルカン酸(PHA)の一種であるポリヒドロキシ酪酸(PHB)を生産する光合成微生物として知られている。しかし、その収量は現在生産に利用されているほかの微生物に比べて1桁以上低く、増産の鍵となるラン藻のPHB合成遺伝子の転写制御機構は多くが謎に包まれており、その解明が望まれていた。

今回の研究では、微生物内で炭素の貯蔵源であるグリコーゲン分解に関与する炭素代謝の制御因子である「SigE」に着目。過去の解析から、SigEがPHB生合成遺伝子の転写を制御する可能性を見出し、遺伝子改変によりラン藻細胞内でSigEのたんぱく質量を増やした。その結果、PHB生合成遺伝子の転写量やたんぱく質量が増加し、PHB量は約2.5倍増加し、SigEがPHBの合成を制御することが分かった。また、SigEたんぱく質の増加によって糖リン酸やクエン酸など、PHB生合成経路以外の炭素化合物が増えることも分かり、今後はこれらの副次経路の代謝産物を減少させることで、PHBのさらなる増産が期待される。

本成果は、科学技術振興機構(JST)課題達成型基礎研究の一環として、JSTさきがけ研究者の小山内崇氏(理化学研究所 環境資源科学研究センター 客員研究員)らの研究によって得た。JSTはこの領域で、藻類・水圏微生物には、高い脂質・糖類蓄積能力や多様な炭化水素の産生能力、高い増殖能力を持つものがあることに着目し、これらのポテンシャルを活かした、バイオエネルギー創成のための革新的な基盤技術の創出を目指している。

代表的なバイオプラスチックであるポリヒドロキシアルカン酸(PHA)は、工業規模の生産も行われており、環境面から広範な使用が望まれている。しかし、糖や油脂を原料としており、生産コストの面だけでなく、エネルギー供給や資源の枯渇、糖類の価格変動など多くの問題を抱えている。今回の研究成果は、これらの問題を解決できる可能性を有するラン藻から作られるプラスチックにおいて課題となっている収量の低さに対する解決策を示したものとなる。

近い将来にはこの新手法が広がり、微細藻類の代謝を改変し、光と二酸化炭素を利用した物質生産の基盤となることが期待される。

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